酸素には「溶解型酸素」と「結合型酸素」の2種類が身体の中に存在します。

「結合型酸素」とは通常の呼吸で得られる酸素で、血液中のヘモグロビンに依存して融合し、血管に運ばれています。そのためヘモグロビンの大きさは細い毛細血管を通り抜けるには限られてしまいます。
しかし「溶解型酸素」は血液や体液に分子のまま溶け込んで運ばれています。毛細血管よりも小さく通りやすいサイズなのですが、その量はほんのわずかです。この「溶解型酸素」は例えるなら、サイダーやコーラなどの炭酸飲料のように液体に酸素分子が溶け込んだようなものですが、「液体に溶解する気体の量は気圧に比例して増える」（=ヘンリーの法則）ため、環境気圧を高めることで血液中に溶解する酸素量を増加させることができます。

酸素吸入だけでは体に摂り込むことが不可能な酸素量を酸素ルーム内の気圧上昇によって溶解型酸素を増やすことができるのです。
高気圧酸素ルームは『気圧をあげて溶解型酸素を増やす』ことで酸素供給度をあげる仕組みといえます